ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ ФОСФОРА НА ИОНОВ ФОСФОРА НА

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ

МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯМОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ

Цель работыЦель работы

Исследование структурных изменений в приповерхностных слоях

монокристаллов Si после имплантации ионов фосфора.

Энергия имплантованных ионов - Е=180 кэВ, доза - D=81014 см-2

Для реализации цели:Для реализации цели:

• Использовано методы рентгеновской топографии и двухкристального спектрометра;

• Использовано численные методы решения системы дифференциальных уравнений, описывающие процессы рассеяния рентгеновских лучей в искаженных кристаллах

1исходная

2имплантация

Образец кремния схематично

Исходная область

Ионная имплантация:фосфор (Е=180кеВ,

D=8·1014cм-2)

КОСОНЕСИММЕТРИЧНАЯ ДИФРАКЦИИ В ГЕОМЕТРИИ НА ОТРАЖЕНИЕ

И – источник рентг. излученияЩ – щельП – пленкаК – кристалл

Основное условие:

Схема

эксперимента

cossinsincoscossin 00

cossinsincoscossin Hh

0

0

h

h

кр,0

кр,0

крh,

крh,

Схематическое представление особенный значений азимутального

угла поворота при повороте кристалла вокруг

вектора дифракции

90

0 < 0 cos tgBctg дифракция Лауэ;

00 cos <tgBctg дифракция Брэгга;

000cos0,h<tgBctg эффект ПВО

0 0 кр дифракція

Брэгга и эффект ПВО

Топография монокристалов Si

а)а) L Lextext==2,1мкм2,1мкм б)б) L Lextext==1,05мкм1,05мкм

в)в) L Lextext==0,75мкм0,75мкм

Х-лучевые топограмы монокристала Si:

CuKα-излучение, входящая плоскость

(111)

11

1

22

2

1-исходная область;2-имплантированаяс

1717

Атомно-силовая микроскопия образца Si

б)б)а)а)

Объёмное изображение микрорельефа поверхности образца Siа) исходная областьб) имплантированая область

1818

№ Z, mkm Ra, mkm Rq, mkm

1 (исходная) 1,725 0,150 0,201

2 (имплонтированая) 4,756 0,273 0,373

Схема трехосного рентгеновского дифрактометра

Високоразрешающий трехосный рентгеновский дифрактометр PANalytical X’Pert MRD PRO. используется для измерения кривых дифракционного отражения (КДО). На трехосном дифрактометре фирмы “Philips” находится: на первой оси- германиевый монохроматор из четырехкратным отражением, на второй – исследуемый образец, на третьей кристалл - анализатор .

Рентгеновская трубкамонохроматорисследуемый образец

детектор

Кривые дифракционного Кривые дифракционного отражения монокристалла Siотражения монокристалла Si

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 ∆θ

lg(I/I0)

1E-3

0.1

1 2

отражение (111), CuКa- излучение

1 – исходная область, 2 – имплантированная область

№ обл. d, см-1 L·102 Rд.к.,мкм nд.к.,см-3 Rc.к.,мкм nc.к.,см-3 Rп.,мкм nп.,см-3

1 1,05 0,6 0,45 7106 0,009 7·1011 0,5 8107

2 0,21 0,18 0,4 2108 0,009 81012 0,9 2109

Кривые дифракционного Кривые дифракционного отражения монокристалла Si:отражения монокристалла Si:

сопоставление теоретической и сопоставление теоретической и экспериментальных кривых экспериментальных кривых

-600 -400 -200 0 200 400 600 ∆θ

lg(I/I0)

отражение (333), CuКα - излучение

1 – экспериментальная кривая, 2 – теоретически рассчитанная кривая.

1 2

0  500 1000 1500 2000 2500 Z, нм

2

1

0

-1

-2

∆d/d *10-3

Профиль деформации в приповерхностных слоях кристалла, имплантированного ионами фосфора

0 2000 4000 6000 8000 Z,E

6

5

4

3

2

n*10-19

1

Распределение имплантированных ионов фосфора

в кристалле кремния, полученное с помощью

программного пакета SRIM-2003

Выводы:Выводы:• .Воздействие ионной имплантации на поверхность образца приводят к Воздействие ионной имплантации на поверхность образца приводят к

изменению характеристик и формы кривых качания, особенно их “хвостов”, изменению характеристик и формы кривых качания, особенно их “хвостов”, относительно исходной части образца. Наблюдается также относительно исходной части образца. Наблюдается также незначительное увеличение полуширины кривых качания и отношения незначительное увеличение полуширины кривых качания и отношения интегральной интенсивности к высоте максимума кривой.интегральной интенсивности к высоте максимума кривой.

• Из полученного распределения имплантированных ионов следует, что Из полученного распределения имплантированных ионов следует, что максимальное значение концентрации имплантанта максимальное значение концентрации имплантанта nn=5.75·1019 см-3 =5.75·1019 см-3 наблюдается на глубине порядка ~2500Å. наблюдается на глубине порядка ~2500Å.

• Исходя из численных решений уравнений Такаги – Топена, а также из Исходя из численных решений уравнений Такаги – Топена, а также из расчетов на основании обобщенной динамической теории дифракции расчетов на основании обобщенной динамической теории дифракции рентгеновских лучей построен профили деформации в поверхностных рентгеновских лучей построен профили деформации в поверхностных слоях кремния слоях кремния

• Оценены средний радиус и концентрация микродефектов: дискообразные Оценены средний радиус и концентрация микродефектов: дискообразные кластеры – размер ~0,5 мкм, концентрация ~ 10кластеры – размер ~0,5 мкм, концентрация ~ 1077÷10÷1088 см см-3-3; сферические ; сферические кластеры – размер ~0,011 мкм, концентрация ~10кластеры – размер ~0,011 мкм, концентрация ~101212÷10÷101313 см см-3-3 ; ; дислокационные петли – размер ~0,7 мкм, концентрация ~10дислокационные петли – размер ~0,7 мкм, концентрация ~1088÷10÷1099 см см-3 -3

• Определенная с помощью атомно-силовой микроскопии высота Определенная с помощью атомно-силовой микроскопии высота RаRа характерного рельефа неровностей на имплантированной ионами характерного рельефа неровностей на имплантированной ионами поверхности, равна ~0,273 нм поверхности, равна ~0,273 нм